物理化学ppt表面现象.ppt

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1、第七章表面现象不同相之间存在交界面，发生在界面上的物理或化学现象就称为界面现象或表面现象涉及范围广：日常生活、工业生产、生物科学表面和界面界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。严格讲表面是指液体或固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面也称为液体或固体的表面。1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面常见界面分散度与比表面物质分散成细小微粒的程度称为分散度。物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。下表为边长1c

2、m的立方体(1cm3)逐渐分割成小立方体时的比表面增长情况边长l/m立方体数比表面Av/(m2/m3)1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×109可以看出，从边长为10-2m到10-9m，比表面增长了一千万倍。达到nm级的超微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化的研究热点。7.1表面吉布斯函数与表面张力液-气表面：内部分子受力可以抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大于气相分子的拉力（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力，这种作用力使表

3、面有自动收缩到最小的趋势。界面层分子与体相分子受力情况不同，使表面层显示出一些独特性质。界面现象的本质表面功由于表面存在自动收缩的趋势，因此如果要把分子从内部移到界面，增加表面积，就必须克服体系内部分子的作用力，对体系做功。式中为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：表面吉布斯函数由此可得：考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加dA一项，即：是广义的表面自由能定义它表示了在温度、压力和组成不变的条件下，每增加单位表面积时，G

4、ibbs函数的增加值，通常用符号或表示，单位为J·m-2(N·m-1)，为强度性质量。下式应用较多，把γ称为比表面吉布斯函数表面张力金属框中一线圈，浸入肥皂液中取出，形成一液膜，线圈成随意形状可在液膜上移动。刺破线圈中央液膜，线圈绷成一个圆形。线圈两边受力大小相等方向相反线圈内侧作用力消失，两侧受力不平衡，显示出表面张力的存在。忽略摩擦及滑动丝的重量，外力f使金属丝可逆移动dx，对系统做功引起系统的吉布斯函数增加所以在表面上存在着一种力图使表面积缩小的张力，它垂直于表面边界，并与表面相切，其单位线段上的大小与比表面吉布斯函数相等。故把又称为表面张力，单位N·m-1。说明：单个表

5、面分子受力垂直指向液体内部，表面张力与液面相切表面张力是许许多多个表面分子所受合力总和的宏观表现（与表面形状有关）表面张力为矢量，比表面吉布斯函数为标量，它们的大小相等影响表面张力的因素（1）分子间相互作用力对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。（2）温度温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：因为运用全微分的性质，可得：等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加的。所以随T的增

6、加而下降。（3）压力表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。润湿现象当液体和固体接触后，发生液-气界面和固-气界面被液-固界面所取代，导致系统的自由能降低，这种现象就叫润湿。称为粘附功称为浸湿功接触角Young方程铺展S=-ΔG称为铺展系数液体的铺展12g1,gg1,2g2,g在三相接界点处，g1-g和g1-2的作用力企图维持液体1不铺展；而g2-g的作用是使液体铺展，如果g2-g>(g1-g+g1-2)，则液体1能在液体2上铺展。大多数

7、表面自由能较低的有机物可以在表面自由能较高的水面上铺展。弯曲液面下的附加压力平面凸液面凹液面Δp=0Δp向下Δp向上拉普拉斯(Laplace)方程以凸液面为例，R为曲率半径，垂直方向根据几何关系毛细现象毛细管中液体呈凹面时，附加压力Δp使液体上升h，则又再根据几何关系得弯曲表面上的蒸汽压设气体为理想气体平面液体(T，p平)饱和蒸汽(T，p0)曲面液体(T，p平+Δp)饱和蒸汽(T，p)开尔文公式这就是Kelvin公式，式中ρ为密度，M为摩尔质量。凸液面，R液>0，p>p0，表现为小液滴的蒸气